递推关系和生成函数.docVIP

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第七章 递推关系和生成函数 7.1 某些数列 (1)等差数列(算术数列) h0, h0+q, h0+2q, …, h0+nq,… 递推关系:hn= hn-1+q 一般项: hn= h0+nq 前n+1项和:sn= (n+1)h0+q(n)(n+1)/2 (2)等比数列(几何数列) h0, qh0, q2h0, …, qnh0,… 递推关系:hn= qhn-1 一般项: hn= qnh0 前n+1项和:sn= h0(1-qn+1)/(1-q) 例1: 确定平面一般位置上的n个互相交叠的圆所形成的区域数。(互相交叠是指每两个圆相交在不同的两个点上;一般位置是指没有同心圆) 例2: 年初把性别相反的一对新生兔子放进围栏,从第二个月开始每月生出一对性别相反的兔子,每对新兔也从第二个月开始每月生出一对性别相反的兔子,问一年后围栏内共有多少对兔子。 定义1: 设f0=0, f1=1, 那么满足递推关系fn= fn-1+ fn-2, 的序列叫斐波那契(Fibonacci)序列。 结论:Fibonacci序列的部分和为sn= f0+ f1+…+ fn= fn+2-1. 定理7.1.1: Fibonacci序列的一般项公式为: fn=()n -()n 定理7.1.2 沿Pascal三角形左边向上对角线上的二项式系数和是Fibonacci数,即 fn=++…+, 其中:k=??. 7.2 线性齐次递推关系 定义1: 令h0, h1, h2,…, hn,…是一个数列,若存在量a1, a2, …,ak和bn(ak≠0,每个量是常数或依赖于n的数)使得: hn= a1hn-1+ a2hn-2+…+ akhn-k+bn (n≥k) 则称序列满足k阶线性递推关系. 若bn=0,称齐次的;若a1, a2, …,ak取常数,称常系数的. 定理7.2.1 令q为一个非零数,则hn=qn是常系数线性齐次递推关系 hn= a1hn-1+ a2hn-2+…+ akhn-k (ak≠0,n≥k) (1) 的解,当且仅当q是多项式方程 xk-a1xk-1- a2xk-2-…- ak=0 (2) 的一个根.若多项式方程有k个不同的根q1, q2,…, qk,则 hn=c1q1n+ c2q2n+…+ ckqkn (3) 是下述意义下(1)的一般解: 无论给定h0, h1, …,hk-1什么初始值,都存在c1, c2,…, ck使得(3)式是满足(1)式和初始条件的唯一的序列. 例1: 求满足初始值h0=1, h1=2和h2=0的递推关系: hn= 2hn-1+ hn-2- 2hn-3 定理7.2.2 令q1, q2,…, qt为常系数线性齐次递推关系: hn= a1hn-1+ a2hn-2+…+ akhn-k (n≥k) 的特征方程的互异的根,此时,如果qi是si的重根,则该递推关系对qi的部分一般解为: Hn(i) = c1qin+ c2nqin+…+ csinsi-1qin 递推关系的一般解为: hn= Hn(1) + Hn(2) +…+ Hn(t) 例2: 求解递推关系 hn= -hn-1+ 3hn-2+…+ 5hn-3+ 2hn-4 (n≥4) 满足初始条件h0=1, h1=0, h2=1和h3=2的解. 7.3 非齐次递推关系 一般方法总结: 求齐次关系的一般解 求非齐次关系的一个特解 将一般解和特解结合,通过初始条件确定一般解中出现的常系数值. 根据非齐次项bn 来尝试某些类型的特解: 若bn =d(常数), 尝试hn =r(常数); 若bn =dn+c(d,c是常数), 尝试hn =rn+s(r,s是常数); 若bn =fn2+dn+c(f,d,c是常数), 尝试hn =rn+sn+t(r,s,t是常数); 若bn =dn(d是常数), 尝试hn =pdn(p是常数); 例1: 解 hn= 3hn-1- 4n (n≥1), 初始值 h0=2. 例2: 解 hn= 3hn-1+ 3n (n≥1), 初始值 h0=2. 7.4 生成函数 定义1: 令序列h0, h1,…, hn…为一无穷序列,其生成函数定义为: g(x)= h0+ h1x+ h2x2+… hnxn+… 例1: 设m是正整数,求序列,,,…,的生成函数. 例2: 设是实数,求序列,,,…,,…的生成函数. 例3: 设k是正整数,求序列h0, h1,…, hn…的生成函数,其中一般项hn等于方程e1 + e1+ …+ek =n的非负整数解个数. 解: hn相当于具有无限重复次数的k 个不同元素的n组合个数, hn=, 其生成函数g(x)=xn= 反向思考该

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